5G移動通信技術(shù)在通信工程中的應(yīng)用分析

馮飛揚(yáng)

摘 要：隨著移動用戶數(shù)量迅速增加，可實(shí)現(xiàn)頻譜效率提升的5G移動通信技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)雙工通信技術(shù)有時分與頻分雙工模式。TDD是同頻率不同時隙進(jìn)行信號發(fā)送接收，全雙工通信可實(shí)現(xiàn)同時頻信息傳輸，成為5G移動通信關(guān)鍵技術(shù)。5G移動通信技術(shù)研究與我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)，5G技術(shù)是未來通信工程建設(shè)的核心技術(shù)，以其高效率獲得巨大發(fā)展前景。文章闡述5G移動通信技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)，介紹5G移動通信技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)探討5G移動通信技術(shù)在通信工程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：5G移動通信技術(shù);通信工程;應(yīng)用

0 引言

隨著移動數(shù)據(jù)流量的飛速增長，各類新業(yè)務(wù)不斷拓展，以滿足超高業(yè)務(wù)吞吐量的廣泛應(yīng)用需求為目標(biāo)的5G移動通信技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。全雙工通信技術(shù)可兩倍提升頻譜效率。隨著有效自干擾消除技術(shù)的出現(xiàn)，全雙工技術(shù)廣泛應(yīng)用。非正交多址接入技術(shù)允許多個用戶在相同時頻資源傳輸信息，NOMA技術(shù)能簡化接入流程，滿足5G網(wǎng)絡(luò)低時延要求。5G技術(shù)成為通信工程建設(shè)的核心技術(shù)，能提高通信工程傳輸質(zhì)量，為智能化通信提供有力的支撐。由于受多種因素影響，5G技術(shù)在通信工程中應(yīng)用不理想。近年來國內(nèi)科技拓展速度持續(xù)加快，世界發(fā)展邁向情報智能化，5G技術(shù)應(yīng)用有效提高了信息數(shù)據(jù)傳輸速度。

1 5G移動通信技術(shù)簡介

5G技術(shù)核心是聲像模擬信號在手機(jī)中被數(shù)字化，優(yōu)勢是數(shù)據(jù)傳輸速率高，可滿足虛擬現(xiàn)實(shí)等大數(shù)據(jù)量傳輸。5G技術(shù)立足于4G技術(shù)。5G技術(shù)網(wǎng)絡(luò)時延小[1]。5G移動通信頻譜集中于中高頻段，其傳播耗損逐漸增多，需借助波束聚合等核心技術(shù)支撐。5G移動通信技術(shù)需要靈活性較強(qiáng)的技術(shù)促進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用。

近年來，5G成為通信業(yè)探討的熱點(diǎn)，5G發(fā)展驅(qū)動力使移動數(shù)據(jù)需求爆炸式增長，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，2020年移動通信網(wǎng)絡(luò)容量需求增長1 000倍[2]。當(dāng)前移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展難以承受網(wǎng)絡(luò)能耗。移動通信頻譜稀缺，難以實(shí)現(xiàn)頻譜高效使用。必須智能高效利用網(wǎng)絡(luò)資源提升網(wǎng)絡(luò)容量，未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展必須解決增強(qiáng)用戶體驗(yàn)的問題。5G是數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)，供應(yīng)商覆蓋區(qū)域分為許多蜂窩小地理區(qū)域。聲像模擬信號被數(shù)字化，蜂窩中5G無線設(shè)備與本地天線陣進(jìn)行通信，收發(fā)器從公共頻率池分配頻道，本地天線通過高帶寬光纖與電化網(wǎng)絡(luò)連接。

5G移動通信頻譜為3.3～39 GHz，傳播損耗大，需采用關(guān)鍵技術(shù)支撐。移動設(shè)備供應(yīng)商協(xié)會發(fā)布報告顯示，已有17個國家發(fā)布5G商用牌照，5G技術(shù)擁有廣闊發(fā)展前景。5G技術(shù)采用毫米波頻率較寬，通過波束聚合等技術(shù)能提高天線的增益。當(dāng)前5G技術(shù)研發(fā)遇到多方面難題，如推廣應(yīng)用耗費(fèi)巨大經(jīng)濟(jì)成本，標(biāo)準(zhǔn)頻譜傳播損耗為3.4～38 GHz。5G移動通信發(fā)展應(yīng)滿足設(shè)計傳輸標(biāo)準(zhǔn)要求，運(yùn)用較寬的毫米波。衍射等領(lǐng)域技術(shù)落后，導(dǎo)致5G技術(shù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋面小[3]。5G技術(shù)能為用戶提供優(yōu)越的服務(wù)。應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)研究，凸顯技術(shù)的優(yōu)勢。

2?5G通信技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)

2.1? 擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)容量，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

加快5G技術(shù)可應(yīng)用更多波段，5G技術(shù)傳輸速度為4G的100倍。對5G技術(shù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，能實(shí)現(xiàn)提速降費(fèi)。5G技術(shù)的出現(xiàn)使移動網(wǎng)絡(luò)更加完善高效。5G通信技術(shù)核心關(guān)鍵技術(shù)包括云計算技術(shù)、信號傳輸技術(shù)等。5G網(wǎng)絡(luò)中需要提升網(wǎng)絡(luò)容量，更好的終端用戶體驗(yàn)是5G的演進(jìn)方向。設(shè)備到設(shè)備的通信具有潛在的提升系統(tǒng)性能的前景，是5G網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵技術(shù)[4]。

2.2? 向網(wǎng)絡(luò)多元化方向發(fā)展

5G網(wǎng)絡(luò)向網(wǎng)絡(luò)多元化方向發(fā)展。隨著智能終端的普及，未來5G網(wǎng)絡(luò)中增加低功率節(jié)點(diǎn)數(shù)量是保證支持1 000倍流量增長的核心技術(shù)，密集部署的網(wǎng)絡(luò)拉近終端與節(jié)點(diǎn)間的距離，但使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋸?fù)雜，5G網(wǎng)絡(luò)必須解決干擾問題。5G網(wǎng)絡(luò)中多個干擾源強(qiáng)度相近，密集地部署使得小區(qū)邊界數(shù)量劇增，由于用戶部署大量節(jié)點(diǎn)開閉具有突發(fā)性，小站中較少用戶服務(wù)數(shù)到站時業(yè)務(wù)時空分布劇烈動態(tài)變化。傳統(tǒng)移動通信網(wǎng)絡(luò)中主要依靠人工方式完成網(wǎng)絡(luò)部署，5G網(wǎng)絡(luò)面臨網(wǎng)絡(luò)部署的挑戰(zhàn)。由于網(wǎng)絡(luò)存在無線接入技術(shù)，自組織網(wǎng)絡(luò)智能化成為5G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)解決關(guān)鍵問題包括網(wǎng)絡(luò)維護(hù)階段自優(yōu)化，自配置可實(shí)現(xiàn)即插即用。自優(yōu)化目的是減少業(yè)務(wù)工作量，方法是通過UE與eNB測量;自愈合是系統(tǒng)能自動檢測問題，自規(guī)劃的目的是動態(tài)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，滿足業(yè)務(wù)監(jiān)測等方面需求。

M2M是物聯(lián)網(wǎng)常見應(yīng)用形式，在安全監(jiān)測等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商用。3GPP針對M2M制定一些標(biāo)準(zhǔn)，廣義的M2M指機(jī)器對機(jī)器及移動網(wǎng)絡(luò)與機(jī)器間的通信，狹義上指機(jī)器間的通信。交互式是M2M的典型特征。由于過去通信技術(shù)研發(fā)被各種原因局限，不能保證高頻段運(yùn)用率，5G技術(shù)研發(fā)提升了高頻段運(yùn)用率。當(dāng)前5G技術(shù)研發(fā)注重用戶與網(wǎng)點(diǎn)多元化連接。5G移動通信數(shù)據(jù)傳播速度快，其發(fā)展離不開OFDM技術(shù)的支撐。多載波技術(shù)利用發(fā)送端作用調(diào)制濾波器組，使用全雙工通信技術(shù)可提升頻譜運(yùn)用水平。

3?5G技術(shù)在通信工程中的應(yīng)用

通信工程對社會各領(lǐng)域產(chǎn)生很大的影響。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，5G技術(shù)特征滿足了人們對高質(zhì)量通信網(wǎng)絡(luò)要求，5G技術(shù)應(yīng)用于通信工程具有重要意義。通信工程中5G技術(shù)應(yīng)用包括智能通信與通信工程建設(shè)方面等。5G技術(shù)在通信工程中應(yīng)用有利于提高用戶滿意度，滿足網(wǎng)絡(luò)智能化要求。

3.1? 提高用戶服務(wù)質(zhì)量

5G技術(shù)應(yīng)用于通信工程建設(shè)中，能提高用戶服務(wù)質(zhì)量。無線通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)要以基站為中心，各終端要通過基站通信轉(zhuǎn)接。建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)時可采用端到端技術(shù)，傳統(tǒng)通信工程建設(shè)由運(yùn)營商進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組建[5]。將5G技術(shù)用于通信工程建設(shè)中，能降低運(yùn)營商成本投入，提高通信工程的通信效率。5G技術(shù)具有明顯優(yōu)點(diǎn)，5G技術(shù)智能通信大范圍應(yīng)用可提升網(wǎng)絡(luò)傳輸速度。5G網(wǎng)絡(luò)下云計算技術(shù)大范圍應(yīng)用為“互聯(lián)網(wǎng)+”的有效使用營造了有利的通信基礎(chǔ)。

3.2? 通信工程智能化

智能化是5G技術(shù)的顯著特征，應(yīng)用于通信工程要促使通信工程向智能化方向發(fā)展。當(dāng)前智能通信成為通信工程建設(shè)的新要求，應(yīng)用5G技術(shù)能提高網(wǎng)絡(luò)信息的傳輸效率。無線接入網(wǎng)成為未來通信工程中多個承載本地網(wǎng)絡(luò)的集群，每個承載本地網(wǎng)絡(luò)能完成多類設(shè)備接入，充分發(fā)揮終端能力，形成集計算通信等一體化的智能化信息網(wǎng)絡(luò)。采用5G計算能實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)超強(qiáng)連接，利用5G通信優(yōu)勢能為VR技術(shù)應(yīng)用提供支持。汽車自動駕駛采用5G技術(shù)通信，下載速度達(dá)1.25 Gb/s，保證數(shù)據(jù)得到可靠傳輸。

3.3? 推動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展

在信息技術(shù)持續(xù)發(fā)展下，許多設(shè)施可借助移動通信技術(shù)連接為整體，為人們的生活工作帶來方便。如4G技術(shù)能用智能手機(jī)控制家電，但由于4G技術(shù)核心技術(shù)無法應(yīng)用復(fù)雜的多元化連接，技術(shù)運(yùn)用處于拓展初期。5G技術(shù)覆蓋領(lǐng)域廣闊，為物聯(lián)技術(shù)運(yùn)用帶來多個層面的可能。5G通信技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的運(yùn)用包括支持重要任務(wù)的實(shí)時互連，提高移動通信效率。如自動化生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用5G技術(shù)。5G技術(shù)可以擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)連接區(qū)域，降低通信系統(tǒng)組建成本。未來5G技術(shù)發(fā)展趨勢為用戶日益增多，各國加大對5G技術(shù)的研究力度。

4?5G技術(shù)的發(fā)展

為滿足人們超高流量密度需求，5G網(wǎng)絡(luò)向運(yùn)營更加智能的目標(biāo)發(fā)展。5G網(wǎng)絡(luò)將提供超高接入速率，滿足超高連接密度的要求。5G網(wǎng)絡(luò)將提升智能感知能力，通過對地理位置等特性實(shí)時感知，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動精細(xì)化網(wǎng)絡(luò)功能部署。5G網(wǎng)絡(luò)能提供按需定制服務(wù)。

未來移動互聯(lián)網(wǎng)將通過使用新的無線傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)吞吐率提高25倍，針對面向移動通信互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，業(yè)界提出通過修改互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)移動通信技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無縫對接，將用戶請求定向到距離用戶最近的緩沖服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，緩解Internet網(wǎng)絡(luò)擁擠狀況。5G愿景與需求提出5G需要達(dá)到的核心性能指標(biāo)，流量密度等指標(biāo)僅針對5G物理層，需要實(shí)際部署數(shù)量眾多的智能終端才能測試性能優(yōu)劣。

通過仿真實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)性能指標(biāo)，驗(yàn)證5G架構(gòu)具有優(yōu)秀的移動性能，5G網(wǎng)絡(luò)與4G網(wǎng)絡(luò)相比，能夠給提供用戶體驗(yàn)滿足用戶需求。5G網(wǎng)絡(luò)層需達(dá)到用戶體驗(yàn)速率為? ? ? ? ? ? ? ? ?0.1～1 GB/s。設(shè)節(jié)點(diǎn)處于移動速度為500 km/h高速列車上，測試5G架構(gòu)滿足5G網(wǎng)絡(luò)低時延的技術(shù)要求，5G架構(gòu)用戶體驗(yàn)速率滿足5G網(wǎng)絡(luò)要求，5G架構(gòu)具有很好的移動性能，具有優(yōu)秀的通信性能表現(xiàn)。端到端傳輸延時與數(shù)據(jù)經(jīng)過路由跳數(shù)有關(guān)，5G架構(gòu)滿足5G網(wǎng)絡(luò)要求的傳輸延時指標(biāo)，也滿足5G標(biāo)準(zhǔn)對用戶體驗(yàn)的指標(biāo)。

5 ? 結(jié)語

移動互聯(lián)網(wǎng)是移動通信發(fā)展的主要驅(qū)動力，熱點(diǎn)高容量，低時延高可靠是5G主要技術(shù)場景。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，通信工程建設(shè)要不斷創(chuàng)新才能滿足用戶的需求。5G技術(shù)是智能化通信技術(shù)，用于通信工程建設(shè)能提高信息傳輸質(zhì)量。通信行業(yè)技術(shù)人員要認(rèn)識到5G技術(shù)發(fā)展方向，不斷加大技術(shù)研究力度，充分發(fā)揮5G技術(shù)的優(yōu)越性能，促進(jìn)通信工程的發(fā)展。未來移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)呈現(xiàn)縱橫交錯的趨勢，本文未將研究主題進(jìn)行系統(tǒng)化分析，研究存在有待深入發(fā)掘的內(nèi)容。面向5G技術(shù)研究是未來移動互聯(lián)網(wǎng)的新型通信解決方案，有諸多問題亟待解決，未來無線網(wǎng)絡(luò)有關(guān)技術(shù)研究中，相關(guān)平臺開發(fā)是值得關(guān)注的領(lǐng)域。發(fā)射機(jī)定位為調(diào)度決策提供新的研究方向。

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（編輯 何 琳）